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Allordnung zur Sehwmgungsprzcugung.
Die Erfindung bezieht sieh auf Hocbfrequenzsysteme und insbesondere auf solche Systeme, die für das Arbeiten mit Schwingungsenergie von sehr hoher Frequenz eingerichtet sind.
Bisher wurden verschiedene Systeme benutzt, um elektrische Schwingungen von sehr hoher Frequenz mit Wellenlängen, z. B. von der Grössenordnung von 20 cm bis zu 2 m, zu erreichen.
Eines dieser Systeme ist das Barkhausensystem, das eine Drei-Elektroden-Entladungsröhre mit einem Heizfaden, einem diesen umgebenden Gitter und einer Anode enthält. An das Gitter wird ein hohes positives Potential und an die Anode ein Null-oder ein negatives Potential angelegt. Auf diese Weise ist es möglich, in einem an das Gitter sowie an die Anode angeschlossenen Hoehfrequenzstromkreis elektrische Schwingungen zu erhalten.
Es wurden auch andere Systeme vorgeschlagen, in welchen eine aus einer zylindrischen Anode und axialem Heizfaden bestehende Röhre in ein magnetisches oder elektrisches Feld gebracht wird. An die Anode wird ein positives Potential angelegt und das Feld wird derart eingestellt, dass es bestrebt ist, den Anodenstrom zu unterbrechen, und so nahe beim kritischen Punkt arbeitet. Auch auf diese Weise können elektrische Schwingungen von sehr kurzen Wellenlängen erzeugt werden.
Einer der Nachteile der bisher vorgeschlagenen Systeme war, dass sie nicht ohne weiteres dem praktischen Gebrauch angepasst werden konnten, und einer der Hauptzwecke der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Einschränkung zu beseitigen und eine verbesserte und wirksame Anordnung für die Übertragung und bzw. oder den Empfang von Wellen von sehr hoher Frequenz zu schaffen.
Erfindungsgemäss wird eine Einrichtung zur Erzeugung und bzw. oder Nutzbarmachung elek- trischer Schwingungen sehr hoher Frequenzen hergestellt, die aus einer Vakuumröhre mit einer oder mehreren Elektronenquellen besteht, die mit Einrichtungen verbunden sind, die die Bewegungen dieser Elektronen innerhalb der Röhre bewirken, ferner ist in dieser Röhre eine Aufnahmeelektrode vorgesehen, auf welcher durch die Bewegungen dieser Elektronen Hochfrequenzschwingungen erzeugt werden, wobei diese Aufnahmeelektrode mindestens zwei Ableitungen hat, die an solchen Stellen der Aufnahmeelektroden angeschlossen sind, dass zwischen diesen Ableitungen eine wesentliche Potentialdifferenz besteht, wodurch eine Hochfrequenzquelle mit mehreren Anschlüssen entsteht, die durch keinen Raumentladeweg in der Röhre unterbrochen ist.
Nach einem andern Merkmal der Erfindung ist eine Anordnung zur Erzeugung von elektrischen Schwingungen von sehr hoher Frequenz vorgesehen, die aus einer Vakuumröhre mit einer oder mehreren Elektronenquellen besteht, die mit Einrichtungen zusammengeschaltet sind, um das Schwingen der Elektronen in der Röhre zu bewirken, und mit einer oder mehreren Elektroden, an denen zufolge dieser Elektronenbewegungen Schwingungen auftreten, und in welcher die zuletztgenannte Elektrode bzw.
Elektroden einen mit einem Ausstrahlungssystem zusammengeschalteten Hochfrequenzerzeuger bilden,
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brochen wird.
Um die übrigen in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale zu veranschaulichen, werden einige Ausführungsarten der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 1 ist eine Elektronenvorrichtung dargestellt, die mit einer Steuerelfktrode entsprechend einem Merkmal der Erfindung ausgestattet ist. Fig. 2 stellt eine Elektronenvorrichtung dar, die mit
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Absehirmungsteilen ausgerüstet ist. Fig. 3 zeigt eine Anordnung ähnlich wie jene der Fig. 2, nur ist ein Elektrodenpaar zur Erhöhung der Geschwindigkeit hinzugefügt. Fig. 4 zeigt eine geeignete Verbindung für die in Fig. 2 dargestellten Bestandteile. Fig. 5 zeigt die Anwendung einer Steuerelektrode in einer Elektronenvorriehtung, deren Elektroden eine zylindrische Bauart haben. Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer"Wandler-Elektrode".
Fig. 7 zeigt mehrere Vorrichtungen, deren jede alle Bestandteile einer einzelnen Entladevorrichtung der vorher beschriebenen Art enthält, wobei diese Vorrichtungen in Hintereinanderschaltung miteinander verbunden sind. Fig. 8 zeigt eine Schaltunganordnung, die zum Betrieb der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung verwendet werden kann. Fig. 9 zeigt eine Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer Elektronenvorrichtung, die eine Steuerelektrode besitzt, bei der drei leiterde Verbindungen vorgesehen und längs derselben verteilt sind. Fig. 10 zeigt eine Schaltungsanordnung, die sich zum Zusammenschalten mehrerer Elektronenvorrichtungen gemäss der Erfindung mit einem einzelnen Ausstrahlungssystem eignet.
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Einwirkung einer Steuerelektrode 2 gegenseitig beeinflussen.
In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel bestehen die Elektronenquellen 1 und l'aus zwei Flachelektroden, die mit einem Heizdraht versehen sind (der natürlich von einem elektrischen Hitzdraht gebildet werden kann), der mit Ausführungsdrähten der Elektronenquellen verbunden ist.
Die Arbeitsweise der Anordnung ist wie folgt :
Unter dem Einflusse eines an die Steuerelektrode angelegten genügend hohen positiven Potentials werden zwei entgegengesetzte Elektronenströme von je einer der emittierenden Elektronen I und l'zur Steuerelektrode 2 angezogen ; einem Teil eines jeden dieser Elektronenströme gelingt es, durch die Maschen
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tierenden Elektrode und der dieselbe umgebenden Raumladung ; gleichzeitig hat jeder von jenen Teilen der Elektronenströme, die durch die Steuerelektrode 2 hindurchgegangen sind, durch das Verzögerungfeld seine Geschwindigkeit stetig vermindert und ist sodann unter dem Einflusse des an die Steuer-
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gezogenen Elektronen alle an den leitenden Teil der Elektrode 2 angezogen worden sind, worauf die Elektronen aufhören, bei dem Vorgang mitzuwirken.
In der Elektrode finden jedoch infolge der kombinierten Wirkung der zwei emittierenden Elektroden 1 oder l'fortlaufende Schwingungen statt.
Dies kann auch folgendermassen dargestellt werden.
Angenommen, irgendein Punkt der Steuerelektrode 2 hat ill bezug auf den symmetrischen Nullpunkt der Elektrode in irgendeinem gegebenen Augenblick ein gewisses Potential. Es kann nun gezeigt werden, dass die Anzahl der Elektronen, die auf diesen Punkt während eines gewissen Zeitraumes auffallen, sich innerhalb dieser Zeit verändert und so einen Stromlauf zwischen diesem Punkt und der Kathode verursacht. Die Phase und die Amplitude dieses Stromes können bei Anwendung geeigneter Mittel derart gewählt werden, dass eine genügende Energie diesem Punkt zugeführt wird, um die Schwingungen, welche angenommenerweise entstehen, an diesem Punkt aufrechtzuerhalten. Das heisst dass, sobald durch Anstoss eine Schwingung entsteht, diese Schwingung aufrechterhalten wird.
Im Versuchswege wurde beobachtet, dass ein System der obgenannten Art, wenn es einmal zum Schwingen gebracht wurde, mit bemerkenswert konstanter Frequenz weitersehwingt, was hauptsäch-
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fahren zur Anzeigung gebracht werden. Zu diesem Zwecke sind an der Elektrode Leitungsstäbe 9, 10 angeordnet.
In Fig. 2 wird eine gleiche Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch werden dabei zwei Heizfaden 1 und l'in Verbindung mit der Hilfselektrode 3 und 3'angewendet, die unter arderem auch bewirken, dass gewisse Elektronen daran gehindert werden, dass sie zur Glashülle entweichen, die sie auf
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die ihr beigeordnete Kathode erzeugten Elektronen zuwege.
Wenn die Elektronenvorriehtung nicht nach Fig. 1 angeordnet ist, sondern mit HeizfadenElektronenquellen ausgestattet ist, wie dies in Fig, 2 dargestellt ist, können durch das Aufladen der Rohrenwände (auf ein negatives Potential) Störungen hervorgerufen werden, wodurch in manchen Fällen die Schwingungen in der Rohre verhindert werden.
Um diese Wirkung zu vermeiden, sind in Fig. 2 ein Paar Hillselektroden 3'und 3'vorgesehen, die entweder an'die Elektronenausstrahlfäden oder an ein von einer separaten Quelle hergestelltes schwaches positives oder negatives Potential angeschlossen 'werden,
Fig. 3 veranschaulicht eine der Fig. 2 analoge Anordnung, in der weitere Elektroden 4 und 4' vorgesehen sind, um die Bewegungen der Elektronen zu steuern (z. B. um sie zu beschleunigen). Diese weiteren Elektroden sind an geeignete Elektrizitätsquellen anzuschliessen, um sie in geeigneter Weise
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mit Vorspannung zu versehen. Diese Quellen können z. B. separate Batterien oder Wechselstromquellen sein.
In weitem Sinne besteht die in Fig. 2 und 3 dargestellte Anordnung aus einer symmetrisch angeordneten Röhre, in der zwei gleiche Elektronenquellen, u. zw. je eine auf beiden Seiten einer Steuerelektrode, angeordnet sind, die so gebaut ist, dass Elektronenströme durch sie durchgehen können (z. B. kann angenommen werden, dass sie so ziemlich analog dem "Gitter" der bekannten Vakuum-
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(z. B. Molybdän oder Wolfram) bestehen. Diese in der nachstehenden Beschreibung als "Steuerelektrode" benannte Elektrode kann aus parallel angeordneten Drähten bestehen.
Wie bereits ausgeführt, hat die Bewegung der Elektronen in dieser Steuerelektrode elektrische Hocbfrequenzschwingungen hervorgebracht, und können zwecks wirkungsvollerer Ausstrahlung dieser Energie Ausführungsdrähte 9 und 10 vorgesehen werden, die gegenüberliegend auf beiden Seiten der Steuerelektrode 2 angeordnet werden.
Diese Drähte 9 und 10 können sodann an kolineare Verbindungsdrähte ausserhalb des Kolbens angeschlossen werden, die als Strahler wirken. Diese Drähte sollen vorzugsweise gleich lang und auch in ihrer Länge eingestellt sein, so dass die elektrische Länge des ganzen Stromkreises einem ungeraden Vielfachen der Hälfte der der Frequenz der in der Röhre hervorgebrachten Schwingungen entsprechenden Wellenlänge gleich ist.
In Fig. 4 ist ein Schaltbild der Anordnung nach Fig. 2 dargestellt, bei dem die Steuerelektrode 2 an ein Ausstrahlungssystem 9 und 10 angeschlossen ist und ein längs dieses Ausstrahlungssystems passenderweise gewählter Punkt an ein durch die Quelle 7 hergestelltes hohes positives Potential angelegt wird.
Diese Quelle ist als Batterie dargestellt, kann aber irgendeine sonstige Gleichstrom-oder Wechselstromquelle sein.
Die Heizfadenkathoden I und l'werden von einer geeigneten Quelle, z. B. Batterie 6, unter Zwischenschaltung eines Rheostats 5 gespeist. Es wird sich empfehlen, für jede Kathode I und l'separate Quellen zu verwenden, besonders wenn Unsymmetrien der Kathodeneigenschaften ausgeglichen werden sollen. Die Hilfs- oder Abschirmelektroden 3 und 3'sind in der Zeichnung beide an die gleiche Klemme einer Gleichstromquelle 8 angeschlossen. Das Vorspannungspotential für die Elektroden 3 und 3'kann dadurch erhalten werden, dass diese Elektroden an irgendwelche geeignete Punkte im Strom-
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ladungsvorrichtung vereinfacht wird.
In der Elektrode 2 werden im Wesen in derselben Art wie bei der in Fig. 2 gezeigten und auf den vorhergehenden Seiten beschriebenen Anordnung Schwingungen erzeugt.
In Fig. 5 ist eine andere Anordnung gezeigt, um ein Ausstrahlungssystem 9, 10, das keinen Raumentladeweg in Serie längs desselben hat, elektronenmässig in fortlaufender elektrischer Schwingung zu erhalten.
Diese Einrichtung enthält eine Elektronenquelle, die als Heizfaden (Kathode) I dargestellt ist, und die Steuerelektrode 2 und eine anodenähnliehe Elektrode 3.
Die Steuerelektrode 2 hat jedes seiner beiden Er. den an verschiedene Teile des Ausstrahlungs- systems 9, 10 angeschlossen. In Fig. 5 besteht das Ausstrahlungssystem aus zwei Leitungsstäben 9, 10, die im wesentlichen ein lineares Schwingungssystem bilden, das durch die Schwingungsbewegungen
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wendeten, d. h., gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
In der Anordnung nach Fig. 5 wirkt die Elektrode 3 als Elektronen-Abstosselektrode und in Verbindung mit der Kathode 1 und Steuerelektrode 2 bewirkt sie oszillatorische Elektronenbewegungen innerhalb der Röhre, die in der Steuerelektrode 8 elektrische Schwingungsenergie erzeugen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsart der"Wandlerelektrode", wobei die Elektrode in der Form von zwei konzentrischen spiralförmigen Drähten 2 und 2'mit zwei Paar Klemmen dargestellt ist ; bei einem Paar ist jede der Klemmen an verschiedene Punkte des Ausstrahlungssystems angeschlossen, während die übrigen Klemmen an ein geeignetes (entweder aktives oder passives) Netzwerk, das ein oder mehrere Entladevorrichtungen enthalten kann, angeschlossen sind. Die in Fig. 6 gezeigte Einrichtung enthält ausser der Wandlerelektrode 2, 4 eine Elektronenquelle und eine anodenähnliehe Elektrode 3.
Eine derartige Anordnung kann zur Kopplung einer Mehrzahl von Elektrodensätzen, deren jeder eine Einheit bildet, und bzw. oder zur ferneren Anpassung einer Entladevorrichtung der angeführten Art für Modulations-und bzw. oder Verstärkungszweeke benutzt werden. Bei dieser Anordnung werden die Elektronen, die von einer in Fig. 6 nicht eigens dargestellten Kathode ausgesandt werden, durch die auf die Elektroden 2, 3 und 4 aufgedrückten Spannungen in Schwingung versetzt, wobei die Schwingungbewegungen dieser Elektronen in den Elektroden 2 und 4 Schwingungsenergie erzeugen.
In einigen Fällen haben Versuche gezeigt, dass es gut ist, einen Heizfaden von verhältnismässig grosser Länge zu
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diesem Falle besteht die Anordnung aus zwei Elektrodeneinheiten J,. ; ; und P, 2',.'J' (obzwar mehr als zwei Einheiten verwendet werden können), wobei die Fadenkathoden und die Steuerelektroden 2, 2' in Hintereinanderschaltung verbunden sind. Diese Elektroden 2 und 2'sind mit zwei Strahlungsgliedern 10 und 11 und untereinander durch einen Draht 9 verbunden. Diese Bauart hat unter anderem auch den Vorteil, dass das Durchhängen eines langen Fadens dadurch verhindert werden kann, dass er in mehrere
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von grosser Wichtigkeit, da gewisse Eigenschaften der Vorrichtung zum grossen Teil auf deren geometrische Symmetrie beruhen.
Ein anderes grundlegend wichtiges Merkmal der Anordnung der Fig. 7 liegt darin, dass jeder "Elektronenerreger" (d. h. eine Gruppe von Elektronenquellen, Steuerelektroden und, wenn gewünscht, Hilfselektroden) an geeigneten Punkten, die durch Versuche festgestellt werden können, gesetzt werden kann, so dass die Ausstrahlungseigenschaften des Systems verbessert werden. Ein anderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass durch Anordnung des"Elektronenerregers"an der richtigen Stelle die Hochfrequenzübertragungsleitung zum Speisen der eigentlichen Ausstrahlungselemente teilweise oder auch gänzlich weggelassen werden kann.
In Fig. 8 und 9 sind Schaltungsanordnungen dargestellt, in welchen eine Steuerelektrode 2 vorgesehen ist ; in Fig. 8 ist die Elektrode 2 durch zwei Ausstrahlglieder 9 und 10 abgeschlossen ; an einem Punkte eines dieser Glieder ist die positive Klemme einer Batterie angeschlossen. In Fig. 9 hat der entsprechend Leiter eine seiner Klemmen an einen symmetrischen Punkt der Steuerelektrode 2 angeschlossen.
Fig. 10 zeigt die Zusammenschaltung von zwei Elektronenvorrichtungen, deren Steuerelektroden 2 und 2'derart verbunden sind, dass sie einen örtlichen geschlossenen Kreis bilden, wobei zwei Symmetriepunkte dieses Stromkreises an zwei Ausstrahlglieder 9 und 10 angeschlossen sind.'Jede Elektronenvorrichtung ist wie bei den bereits beschriebenen Anordnungen mit einer Elektronenquelle 1, l'und einer Hilfselektrode 3, 3'versehen, die durch die in Fig. 10 dargestellte Schaltung miteinander verbunden sind.
Die in der Steuerelektrode 2 erzeugten Schwingungen und die in der Elektrode 2'erzeugten Schwingungen können vermittels der erwähnten elektrischen Verbindungen aufeinander einwirken, und infolge einer gewissen Synchronisierungswirkung ist selbst bei gering unsymmetrischen Elektronenvorrichtungen die Schwingungsenergie in den Ausstrahlungsgliedern 9, 10 bei zwei auf diese Weise zu- sammengeschaltete Vorrichtungen grösser als bei nur einer.
Es ist klar, dass mehr als zwei Elektronenvorrichtungen nach dem im vorstehenden beispielsweise für zwei derartige Vorrichtungen angeführten Prinzip zusammengeschaltet werden können.
Eine Mehrzahl von nach den vorstehend beschriebenen verschiedenen Weisen miteinander verbundenen Elektronenvorrichtungen können in dieselbe Umhüllung gesetzt werden und entsprechend den zahlreichen Arten der Symmetrie zusammengeschaltet werden.
Obgleich verschiedene Bauarten beschrieben wurden, um einige Merkmale der Erfindung zu veranschaulichen, ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung bei Gestaltungen ausgeführt werden kann, die von den vorstehend-beschriebenen weit verschieden sind. Z. B. sind in Fig. 1 die Bestandteile einer Entladevorrichtung beschrieben, deren Elektroden hinsichtlich einer Ebene symmetrisch angeordnet sind, doch ist es klar, dass andere Arten der Symmetrie verwendet werden können. Z. B. können die Elektronenquellen, die Steuerelektrode und die Hilfselektroden um eine Achse symmetrisch ange- ordnet sein, und diese Elektroden können um dieselbe oder eine andere Achse symmetrisch sein.
Als spezifisches Beispiel kann man Elektroden (Kathoden, Steuerelektroden usw. ) von zylindrischen oder prismatischen Formen erwähnen, die alle symmetrisch um eine Achse angeordnet sind.
Es ist zu erwähnen, dass in manchen Fällen die elektrische Symmetrie des Systems in Rechnung gezogen werden muss. Z. B. ist die Anordnung der Fig. 1 bezüglich der Steuerelektrode elektrisch sym- metrisch.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Erzeugung und bzw. oder Nutzbarmachung elektrischer Schwingungen sehr hoher Frequenz, die eine Vakuumröhre mit einer oder mehreren Elektronenquellen (1, F) enthält und Mittel (wie Elektrode 2-) dieBewegungeB--derlektronen in der Röhre verursachen, wobei eine Steuerelektrode in dieser Röhre vorgesehenst (so wie Elektrode 2), auf welche Hochfrequenzschwingungen durch die Bewegungen dieser Elektronen aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Aufnahmeelektrode mit mindestens zwei Ableitungen (9, 10) versehen ist, die an solchen Stellen der Aufnahmeelektrode angeschlossen sind, dass zwischen diesen Ableitungen eine wesentliche Potentialdifferenz besteht, wodurch ein Hochfrequenzerzeuger mit mehreren Anschlüssen entsteht,
der keinen Raumentladeweg in Reihe innerhalb der Röhre hat.